自己組織化単分子膜を用いたデバイス基板上の液滴ダイナミクス

使用自组装单分子层的设备基底上的液滴动力学

基本信息

批准号：
17760145
负责人：
金田昌之
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

1.高分子溶液滴内部の流動可視化とメカニズムの解明シリコン基板上で蒸発する微小高分子溶液滴の内部流動の可視化をおこなった.基板表面には単分子膜が化学気相吸着させてある.高分子溶液滴には溶質にポリスチレンを,また溶媒にキシレンまたはアセトフェノンを用いた.流動可視化のためにナイロンパウダーを懸濁して,レーザーシート光を液滴鉛直断面に照射した.その結果,液滴中心部で上昇流を呈するわき出し流れが観察された.液滴の蒸発速度が大きいほど,流動は速くなった.わき出し流れは,液滴内部で生じる溶質濃度依存の密度差対流および表面張力対流によるものであることを明らかにした.また,初期溶質濃度の増加に伴い液滴粘度が増加するため流動が抑制されると予想されたが,逆に流動は速くなった.このことは,初期溶質濃度の増加により溶質濃度依存のレイリー数が増加するためであることがわかった.アセトフェノン溶液を用いた実験においては,一部流動が逆向きになることが観察された.この場合,蒸発中に液滴の接触角の減少が顕著であった.したがって,蒸発過程も液滴の内部流動に影響を及ぼすことが明かとなった.2.数値解析による検討表面張力ならびに密度差を考慮した数値解析コードを構築し,それぞれの影響を検討した.その結果,密度差対流は可視化実験と定性的に一致することが確認できた.表面張力は体積力として考慮したものの,液滴の接触角が変化しない場合には不向きであることがわかった.

1. 聚合物溶液液滴内部流动的可视化和机理阐明我们可视化了硅基板上蒸发的微观聚合物溶液液滴的内部流动。单分子膜以化学气相吸附在基板表面对于聚合物溶液液滴，使用聚苯乙烯作为溶质，使用二甲苯或苯乙酮作为溶剂。悬浮尼龙粉末以进行流动可视化，并且激光。将一片光照射到液滴的垂直截面上。结果，在液滴的中心观察到上升的流动。液滴的蒸发速度越高，流动越快。由于液滴内部发生溶质浓度依赖的密度差对流和表面张力对流。此外，液滴粘度随着初始溶质浓度的增加而增加，从而使流量减小。预计流动会受到抑制，但相反，流动变得更快。发现这是由于初始溶质浓度的增加导致溶质浓度依赖性瑞利数增加。使用苯乙酮溶液在这种情况下，观察到流动部分逆转。在这种情况下，蒸发过程中液滴的接触角显着减小，因此蒸发过程也影响了液滴的内部流动。 2.数值分析研究我们构建了考虑表面张力和密度差的数值分析代码，并研究了各自的影响。结果，我们发现尽管考虑了表面张力，但密度差对流可以在实验中可视化。考虑作为体力，发现当液滴的接触角不改变时这不合适。

项目成果

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Drying Process of Micro-Scale Polymer Solution Droplets Deposited on Lyonhobic Surfaces

沉积在疏表面上的微型聚合物溶液液滴的干燥过程

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Experimental Heat Transfer 20・2
影响因子：
0
作者：
Shoji Kawashima;Chihiro Ajima;Masatoshi Akahori;Kazuo Aoki;J.Fukai et al.
通讯作者：
J.Fukai et al.

Film formation from polymer solution using inkjet printing method

DOI：
10.1002/aic.11154
发表时间：
2007-05-01
期刊：
AICHE JOURNAL
影响因子：
3.7
作者：
Kaneda, Masayuki;Ishizuka, Hirotaka;Yasutake, Shigekazu
通讯作者：
Yasutake, Shigekazu

Effects of droplet size and solute concentration on drying process of polymer solution droplets deposited on homogeneous surfaces

DOI：
10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.02.049
发表时间：
2006-09-01
期刊：
INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER
影响因子：
5.2
作者：
Fukai, Jun;Ishizuka, Hirotaka;Takahara, Atsushi
通讯作者：
Takahara, Atsushi

Convection Induced by Thermal INstability in a Droplet on Substrates

基板上液滴的热不稳定引起的对流

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Proc. International Workshop on Process Intensification in Fluid and Particle Engineering
影响因子：
0
作者：
J.Fukai et al.;M.Kaneda et al.;M.Kaneda et al.;M.Kaneda et al.;J.Fukai et al.;M.Kaneda et al.;森田正道;J.Fukai et al.;M.Morita et al.;M.Kaneda et al.
通讯作者：
M.Kaneda et al.

基板上蒸発液滴内の流動可視化と数値解析

基板上蒸发液滴的流动可视化和数值分析

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
第43回日本伝熱シンポジウム講演論文集 (発表予定)
影响因子：
0
作者：
Shoji Kawashima;Chihiro Ajima;Masatoshi Akahori;Kazuo Aoki;J.Fukai et al.;M.Kaneda et al.;M.Kaneda et al.;J.Fukai et al.;金田昌之
通讯作者：
金田昌之